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        出發(fā),飛向火星
        ——“天問一號(hào)”的火星之旅

        2020-11-08 07:16:10南京市金陵匯文學(xué)校小學(xué)部王蕾
        科學(xué)大眾 2020年19期
        關(guān)鍵詞:胖五天問一號(hào)火星車

        文/南京市金陵匯文學(xué)校(小學(xué)部) 王蕾

        同學(xué)們,我們生活在一個(gè)充滿運(yùn)動(dòng)的世界,物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變與力息息相關(guān)。在學(xué)習(xí)了蘇教版四年級(jí)科學(xué)上冊(cè)第3單元《常見的力》之后,相信你們對(duì)彈力、摩擦力、浮力這3種力有了更深的認(rèn)識(shí)。

        力無處不在,常見的力除了以上3種以外,還有很多其他的力,這些力對(duì)我們的生活、生產(chǎn)有很大的影響。今天,就讓我們跟隨南京市金陵匯文學(xué)校(小學(xué)部)的王蕾老師,走近火星探測(cè)器——“天問一號(hào)”,一起來了解動(dòng)力、阻力在火星之旅中發(fā)揮的大作用。

        嗨!同學(xué)們,我是“天問一號(hào)”。2020年7月23日12時(shí)41分,我搭乘長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭,從文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功升空,由此開啟了長(zhǎng)達(dá)4億千米的旅途。知道我去哪里嗎?沒錯(cuò),去火星。

        為什么去火星?

        火星,這顆古稱“熒惑”的紅色星球,在漫長(zhǎng)的歲月中與地球“相伴而行”。伴隨著科技的進(jìn)步,人類對(duì)火星的認(rèn)知不斷刷新:火星是離太陽第四近的行星,大小介于地球和月球之間;地表沙丘、礫石遍布,大氣以二氧化碳為主,密度僅為地球的1%,既稀薄又寒冷;與有著71%的海洋覆蓋率的地球不同,火星表面呈現(xiàn)出紅色,它最明亮的時(shí)候猶如一團(tuán)火球;平均赤道半徑為3 398千米,體積為地球的1/7……火星上還有太多太多值得研究的地方。所以,我要去火星!

        去火星怎么走?

        為了順利到達(dá)火星,我還特地制訂了“旅行計(jì)劃”呢!

        第一步,我搭載長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭發(fā)射升空,半個(gè)多小時(shí)后,在距離地面600多千米的太空中離開火箭,進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道;第二步,在地火轉(zhuǎn)移軌道上經(jīng)歷約7個(gè)月的飛行,在地面測(cè)控系統(tǒng)的支持下修正飛行路徑,我的環(huán)繞器逐漸飛近火星,進(jìn)入火星捕獲段;第三步,環(huán)繞器環(huán)繞火星飛行后,與著陸巡視器分離,進(jìn)入任務(wù)使命軌道;第四步,著陸巡視器進(jìn)入火星大氣層,經(jīng)過減速,著陸到火星表面;第五步,火星車駛離著陸平臺(tái),開始火星表面巡視探測(cè)。

        哈哈,這些就是我的“火星五步走”計(jì)劃!

        “胖五”給我動(dòng)力

        不過,去火星可不是一件容易的事。幸運(yùn)的是,我有好朋友助我一臂之力,它就是“胖五”——長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭,它可是我國(guó)最高、體積最大、運(yùn)載能力最強(qiáng)的運(yùn)載火箭哦!我們知道,當(dāng)航天器的速度達(dá)到11.2千米/秒的第二宇宙速度時(shí),就可以完全擺脫地球引力,去往太陽系內(nèi)的其他行星。因此,第二宇宙速度也被稱為“逃逸速度”。長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭第一次達(dá)到并超過了第二宇宙速度,飛出了我國(guó)運(yùn)載火箭的最快速度。

        “胖五”之所以能飛得這么快,是因?yàn)樗袕?qiáng)大的動(dòng)力?!芭治濉眱?nèi)裝有30臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī),分別是8臺(tái)120噸級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)、2臺(tái)50噸級(jí)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)、2臺(tái)9噸級(jí)膨脹循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)和18臺(tái)姿控發(fā)動(dòng)機(jī),它們?yōu)椤芭治濉碧峁┝司薮蟮钠痫w推力。其中,以8臺(tái)120噸級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的4個(gè)直徑為3.35米助推器,是國(guó)內(nèi)目前最大的低溫液體助推器,它們是“胖五”起飛的主要?jiǎng)恿υ?,所提供的起飛推力占90%以上。2020年7月23日,在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng),中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”探測(cè)器由長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭發(fā)射升空

        供圖/視覺中國(guó)

        阻力也來幫大忙

        強(qiáng)大的動(dòng)力可算是幫了我的大忙呢!但是,阻力也是“功不可沒”哦!要知道,我的著陸器的著陸時(shí)間一般僅有7分鐘左右,俗稱“恐怖7分鐘”,得名于火星著陸之難,其中的難點(diǎn)之一在于減速。剛進(jìn)入火星大氣時(shí),著陸器的速度可達(dá)每秒幾千米,7分鐘的減速之后,速度只剩下每秒幾米。如何在這么短的時(shí)間內(nèi)減速呢?阻力來幫忙!

        首先是“氣動(dòng)減速”?;鹦堑拇髿鈱訒?huì)產(chǎn)生阻力,著陸器的速度需要從4.8千米/秒降至460米/秒。但火星的大氣層特別稀薄,即便最大限度地利用氣體阻力減速,依然無法把速度降到理想狀態(tài)。所以,還需打開專門研發(fā)的降落傘,利用降落傘產(chǎn)生的阻力進(jìn)一步減速,著陸器的速度下降到95米/秒。此時(shí),要關(guān)注火星大氣層中風(fēng)的大小和方向,因?yàn)轱L(fēng)力太大會(huì)影響著陸點(diǎn)的精度,甚至影響著陸安全。

        其次是“反推減速”,想要著陸火星,必須自帶反推火箭,利用反推火箭產(chǎn)生的阻力減速。此時(shí),著陸器的速度下降到3.6米/秒。

        最后是“懸停避障”,著陸器在距離火星表面不遠(yuǎn)處懸停觀察,為選定著陸點(diǎn)做最后準(zhǔn)備。

        成功著陸之后,我的火星車便開始了火星表面的巡視探測(cè),還有不少的挑戰(zhàn)在等待著我呢!比如,火星光照強(qiáng)度小,加上火星大氣對(duì)陽光的削減作用,火星車的能源供給比較困難;火星上沙塵暴很大,是地球上12級(jí)臺(tái)風(fēng)造成影響的6倍,飛沙會(huì)遮蓋火星車的太陽能電池板,使其無法正常工作……盡管面臨的挑戰(zhàn)前所未有,但我會(huì)勇往直前,完成我的火星之旅!

        親愛的同學(xué)們,一起為我加油吧!

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        ‘?? 5 ? ( 胖五)’,??? ??
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